KR20030006756A

KR20030006756A - 일렬로 배치되어 직선운동하는 두 이동부재를 이용한작업대 이동장치

Info

Publication number: KR20030006756A
Application number: KR1020010042651A
Authority: KR
Inventors: 조성훈
Original assignee: 주식회사 져스텍
Priority date: 2001-07-14
Filing date: 2001-07-14
Publication date: 2003-01-23

Abstract

본 발명은 하나의 축 상에서 서로 간섭하지 않고 독립적으로 직선운동을 하도록 구동되는 두 이동부재를 이용하여 수평 및 수직 2차원 평면운동을 하는 작업대 이동장치를 제공한다. 두 이동부재는 수평면에 대해 일정한 각을 가지고 기울어진 면을 갖는다. 작업대상 물체가 놓여지는 작업대는 두 이동부재의 기울어진 면에 리니어 모션 가이드가 개재되어 연결되며 두 이동부재의 직선운동에 대한 상대운동이 가능하다. 이동부재에 대한 작업대의 상대운동은 수평 직선운동 및 중력방향 상하운동을 수행한다.

Description

일렬로 배치되어 직선운동하는 두 이동부재를 이용한 작업대 이동장치 {TABLE MOTION DEVICE USING TWO LINEARLY MOVING ELEMENT ARRANGED SERIALLY}

본 발명은 공간상에서 작업대를 이동시켜 작업대상을 원하는 위치로 옮기는 이동장치에 관한 것이다.

공간상에서 작업대를 이동시키는 장치는 반도체장비, 의료기기, 측정기기 등에 널리 사용되며 빠른 속도와 가속 및 감속능력 그리고 정밀한 제어를 필요로 한다.

공간상의 운동을 표현하기 위해 3차원 직교 좌표계(X-Y-Z축)가 사용되는 것이 일반적이다.

공간상에서 작업대를 이동시키는 기존의 방식은 X, Y, Z 세 방향의 운동이 각각 독립적으로 이루어지도록 3개의 구동장치를 작업대와 연결하는 것이다. 이러한 기존의 방식은 X축 방향의 운동을 구동시키는 구동장치만 이동하면 작업대는 X축 방향으로만 움직이며, Y축 방향의 운동을 구동시키는 구동장치만 이동하면 작업대는 Y축 방향으로만 움직이고, Z축 방향의 운동을 구동시키는 구동장치만 이동하면 작업대는 Z축 방향으로만 움직이도록 작업대와 3개의 구동장치를 각각 연결하는 것이다. 2차원 평면운동(X-Y방향, Y-Z방향, X-Z방향)만이 요구될 경우 두 개의 구동장치가 상기 동일한 방식으로 작업대의 2차원 평면이동을 구현한다. 이러한 방식의 구동장치는 각각의 축 구동장치의 운동 정밀도가 그대로 작업대 운동에 반영된다. 위치 정밀도는 구비된 엔코더의 해상도에 의해 직접 제한을 받는다. 구동기로서 작은 추력의 리니어 모터를 사용하게 될 경우 그 추력이 그대로 적용되어 성능에 제한을 받을 수 있다. 아울러, 어떤 축에 대해서는 구동장치를 설치할 공간이부족할 수도 있다.

본 발명은 동일한 축 상을 직선운동 하도록 구동되는 두 이동부재를 이용하여 작업대의 2차원 평면이동을 구현하는 작업대 이동장치를 제공한다.

도1은 본 발명의 실시예에 따른 작업대 이동장치의 측면도

도2는 도1에서 구동기로 사용된 리니어 모터의 사시도

도3은 도2의 리니어 모터의 C-C′선을 따라 절단한 단면도

도4는 본 발명의 다른 실시예로서 회전모터를 구동기로 사용하여 이동부재의 선형운동을 구현한 실시예의 평면도

도5는 도4의 E-E′선을 따라 절단한 단면도

도6의 도5의 F-F′선을 따라 절다한 단면도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 리니어 모터 14 : 제1 슬라이드부

16 : 제2 슬라이드부 18 : 제1 이동부재

20 : 제2 이동부재 22 : 작업대

24, 26, 32, 42 : 리니어 가이드

34 : 위치 센서 36, 38 : 스크류

본 발명은 중력방향의 상하운동을 포함하는 2차원 평면상을 이동하는 작업대를 구동시키는 이동장치로서 중력방향의 가감속, 리니어 스케일링 및 힘의 증폭 능력을 제공한다.

본 발명에 의한 작업대 이동장치는 구동기, 두 개의 이동부재, 작업대를 구비한다. 구동기는 각각 독립적으로 구동되는 두 개의 구동장치를 구비한다. 독립적으로 구동되는 두 개의 구동장치와 각각 결합되는 두 이동부재를 동일한 축을 따라 직선운동을 하도록 하며 두 이동부재는 리니어 모션가이드에 의해 안내된다. 각 이동부재는 작업대와 접하는 측면이 경사지도록 일정한 각도를 가지고 기울어진 형태를 갖는다. 작업대상이 놓여지는 작업대는 하부로 내려갈수록 폭이 좁아지는 형태를 가지고 두 이동부재 위에 설치된다. 두 이동부재와 작업대가 접하는 두 측면에는 리니어 베어링을 설치하여 이동부재와 작업대 간의 상대운동이 원활히 이루어지도록 한다.

두 개의 이동부재를 움직이기 위해 구동기로는 회전모터와 리니어 모터를 모두 사용할 수 있다. 회전모터를 사용할 경우 회전운동을 직선운동으로 변화시키는 장치(벨트, 랙피니언, 볼스크류)와 결합하여 이동부재의 선형직선운동을 구현할 수있다. 구동기로서 선형모터를 사용할 경우 추가의 장치없이 직접 리니어 모터의 두 개의 가동자와 각각의 이동부재를 연결하여 선형직선운동을 구현할 수 있다.

작업대와 두 이동부재 사이의 원활한 직선운동을 위해 설치되는 리니어 베어링으로는 리니어 가이드, 크로스롤러 가이드, 볼스플라인 등 모든 직선운동기구(이들을 리니어 모션 가이드라고 할 때도 있다)의 사용이 가능하다.

기울어진 면을 갖는 두 이동부재와 작업대를 결합하면 그 기하학적 특성에 의해 수평 및 중력방향의 이동을 동시에 구현할 수 있다. 작업대의 수평방향 이동은 두 이동부재가 같은 방향으로 이동하면 작업대 역시 같은 방향으로 수평운동을 하게 된다. 그리고, 작업대의 수직방향 이동은 두 이동부재 사이의 상대거리에 변화를 줌으로써 이루어진다. 상대거리가 줄어들면 작업대는 상승하고 상대거리가 늘어나면 작업대는 하강하게 된다. 이와 같이, 두 이동부재의 운동을 적절히 조절함으로써 작업대의 수평 및 수직 이동을 동시에 구현할 수 있게 된다.

본 발명의 일측면에 따르면, 제1축의 축선 방향을 따라 일렬로 배치되어 서로 간섭하지 않고 독립적으로 직선운동을 하도록 구동되는 이동부재가 구비된 선형구동장치와, 상기 두 이동부재에 연결되어 있고, 상기 각각의 이동부재에 대하여 상기 제1축에 대하여 사전 설정된 각도를 갖는 직선을 따라 상대운동이 가능한 작업대를 포함함으로써, 상기 두 이동부재의 직선운동에 의해 상대운동을 하는 상기 작업대가 상기 제1축의 축선방향의 운동 및 상기 제1축에 수직인 제2축의 축선운동을 수행할 수 있게 하는 작업대 이동장치를 제공한다.

이하 도면을 참조하여 발명을 상세히 설명한다.

도1은 본 발명의 실시예로서 작업대 이동장치의 측면도가 도시되어 있다. 본 이동장치는 선형구동장치인 리니어 모터(10)와 두 이동부재(18,20) 그리고 작업대(22)를 구비한다. 수평으로 놓인 리니어 모터(10)의 길이방향을 X축으로 정하고 X축과 직교하는 중력방향을 Z축으로 정한다. 리니어 모터(10)는 서로 독립적으로 구동되는 제1 슬라이드부(14)와 제2 슬라이드부(16)를 구비하며 두 슬라이드부(14, 16)는 X축을 따라 움직이는 수평직선운동을 한다. 제1 슬라이드부(14)와 제2 슬라이드부(16)에는 각각 제1 이동부재(18)와 제2 이동부재(20)가 결합된다. 제1 이동부재(18)와 제2 이동부재(20)에 작업대(22)가 연결된다.

제1 슬라이드부(14)와 결합되어 X축 이동을 하는 제1 이동부재(18)는 작업대(22)와 연결되는 측면(19)을 구비한다. 이 측면(19)은 수평면과 일정한 경사각(a)를 이루도록 기울어져 있다. (이와는 달리, 다른 실시예에서는 X축과 수직으로 이루어질 수도 있다.)

제2 슬라이드부(16)와 결합되어 X축 이동을 하는 제2 이동부재(20)는 작업대(22)와 연결되는 측면(21)을 구비한다. 이 측면(21)은 수평면과 일정한 경사각(b)을 이루도록 기울어져 있다.

작업대상 물체가 놓이는 작업대(22)가 상기 두 이동부재(18, 20)에 대하여 상대이동이 가능하도록 두 이동부재(18, 20) 위에 설치된다. 작업대(22)의 상부는 수평면을 이룬다. 작업대(22)의 하부에는 두 이동부재(18, 20)와 연결되는 두 측면(23, 25)을 구비한다. 각각의 이동부재(18, 20)와 연결되는 작업대(22)의 두 측면(23, 25)은 경사면으로서 각 측면(23, 25)은 두 이동부재(18, 20)의 각 측면과동일한 경사각(a, b)을 갖는 것이 좋다. 그렇지만, 반드시 경사면일 필요는 없고 이동부재의 경사측면과 간섭이 일어나지 않게 구성하면 된다. 만일 작업대(22)의 하부를 도시한 바와 같이 경사면으로 하면, 이와 연결되는 이동부재의 부분은 반드시 경사면일 필요는 없다.

작업대(22)와 두 이동부재(18, 20)가 마주보는 측면들 사이에는 각각 제1 리니어 가이드(24)와 제2 리니어 가이드(26)를 설치하여 작업대(22)와 두 이동부재(18,20) 사이의 상대운동이 원활하게 이루어지도록 한다.

작업대의 수평(X축)방향 이동은 두 이동부재(18, 20)가 X축 상에서 같은 방향으로 같은 속도로 움직임으로써 가능하다. 즉, 두 이동부재(18, 20)가 동시에 좌측으로 동일한 속도로 움직이면 작업대(22) 역시 좌측으로 이동한다. 또, 두 이동부재(18, 20)가 동시에 우측으로 동일한 속도로 움직이면 작업대(22) 역시 우측으로 이동한다. 작업대(22)의 중력(Z축)방향 운동은 두 이동부재(18, 20) 사이의 상대거리(d) 변화에 의해 결정된다. 만일 두 이동부재(18, 20)를 그들 사이의 상대거리(d)가 감소하도록 상대이동부재를 향하여 이동시키면 작업대(22)는 상승하게 된다. 반대로 두 이동부재(18, 20)를 그들 사이의 상대거리(d)가 증가하도록 서로 반대방향으로 이동시키면 작업대(22)는 하강하게 된다.

이와 같이, 동축 상에서 직선운동하는 두 개의 이동부재(18, 20)를 이용하여 작업대(22)의 수평(X축)방향 운동 및 중력방향인 상하(Z축) 운동을 구현할 수 있게 된다. 두 이동부재(18, 20)의 이동방향, 이동속도를 적절히 제어하면 작업대(22)는 X-Z 평면상에서 운동을 할 수 있다.

도2는 도1에서 구동기로 사용된 리니어 모터의 사시도이다. 리니어 모터(10)는 제1 슬라이드부(14)와 제2 슬라이드부(16)을 구비하며, 두 슬라이드부(14, 16)는 각각 독립적으로 제어 구동되어 리니어 모터(10)의 길이방향을 직선 이동한다.

도3은 도2의 리니어 모터의 C-C′선을 따라 절단한 단면도를 도시한 것이다. 지지체(27)의 중심부에 고정자(28)와 가동자(30)가 위치하며 가동자(30)에는 제2 슬라이드부(16)가 결합된다. 제2 슬라이드부(16)와 지지체(27) 사이의 원활한 상대 직선운동이 이루어지도록 리니어 모션가이드(32)가 접촉부에 설치된다. 리니어 모터에는 슬라이드부(16)의 위치정보를 제공하는 엔코더를 구비한 위치센서(34)와 리미트 스위치(35)가 장착된다.

도1 내지 도3을 참조하면, 두 이동부재의 기울어진 면의 경사각(a, b)에 의해 작업대(22)의 중력방향(Z축)의 운동특성이 변하고, 이러한 특성은 본 이동장치에 몇 가지 장점을 제공한다. 두 이동부재(18, 20)의 경사각(a, b)은 작업대(22)의 중력방향(Z축) 운동특성을 변화시킨다. 도1에서, 경사각(a 또는 b) 중 적어도 한 경사각이 작아질 경우, 두 이동부재(18, 20) 사이의 상대거리(d) 변화가 같다면, 작업대(22)의 중력방향(Z축) 이동거리는 짧아진다. 반대로 경사각(a 또는 b) 중 적어도 한 각이 커질 경우, 두 이동부재(18, 20) 사이의 상대거리(d) 변화가 같다면, 작업대(22)의 중력방향(Z축) 이동거리는 길어진다. 이러한 성질을 이용하면, 경사각(a, b)을 조절함으로써 두 이동부재(18, 20) 사이의 상대거리(d)의 변화보다 작업대(22)의 중력방향 이동거리를 짧게 할 수도 있고 길게 할 수도 있으며, 그 짧은 정도와 긴 정도 역시 조절할 수 있게 된다. 즉, 리니어 스케일링이 가능하게 되는것이다. 중력방향 이동거리가 짧아지도록 경사각(a, b)을 조절하면, 작업대(22)의 중력방향 감속효과를 얻을 수 있고, 반대로 중력방향 이동거리가 길어지도록 경사각(a, b)을 조절하면 작업대(22)의 중력방향 가속효과를 얻을 수 있다. 도1에서 두 이동부재(18, 20)는 하나의 쐐기형태로서 역학적으로 빗면의 원리를 사용하는 것이므로 중력방향(Z축) 힘의 증폭효과가 있다. 그러므로, 작업대(22)의 중력방향 운동에 필요한 구동기의 힘을 줄일 수 있으며, 그 감소정도는 경사각(a 또는 b)의 크기에 따라 결정된다. 리니어 모터에 있어서, 위치 정밀도는 도3에서 보여지는 엔코더(34)의 해상도에 의해 결정된다. 도1과 도3에서 작업대(22)의 중력방향(Z축)의 이동거리가 두 이동부재(18, 20) 사이의 상대거리(d) 변화보다 작다면 두 이동부재(18, 20)의 움직임에 비해 작업대(22)의 상하위치가 더욱 정밀하게 움직인다는 것을 의미하므로, 리니어 모터(10)에 장착된 엔코더(34)의 해상도보다 중력방향(Z축)의 해상도가 높아진 효과를 얻게 된다. 즉, 경사각(a 또는 b)의 값에 따라서 X축 방향의 낮은 엔코더 해상도로부터 중력방향(Z축) 해상도의 증폭효과를 얻을 수 있다.

상기 실시예에서는 두 이동부재 사이의 서로 마주보는 쪽에 작업대와 연결되는 경사면(19, 21)이 있는 것으로 설명하였으나, 이와는 달리 작업대와 연결되는 측면이 외측(도1에서 19a, 21a로 표시된 부분)에 마련될 수도 있다. 이 경우 이에 대응하도록 작업대의 형상이 변경될 수 있다는 것은 당업자라면 이해할 수 있을 것이다.

도4는 본 발명의 다른 실시예로서, 작업대를 X-Z 평면 상에서 이동할 수 있게 하는 작업대 이동장치에 사용하기 위한 것으로서 회전모터를 구동기로 사용하여 슬라이드부의 선형 직선운동을 구현한 직선구동장치의 평면도이다. 도5는 도4의 E-E′선을 따라 절단한 단면도이다. 도6은 도5의 F-F′선을 따라 절단한 단면도이다. 도4내지 도6을 참조하면, 선형구동장치(10a)는 고정대(40)와, 스크류(36, 38)와, 두 개의 슬라이드부(14a, 16a)를 구비한다. 두 이동부재와 작업대는 제1 실시예의 것과 동일하게 할 수 있어 상세한 설명을 생략한다.

두 개의 슬라이드부(14a, 16a)가 고정대(40)를 따라 선형직선운동 하기 위해, 두 개의 슬라이드부(14a, 16a)는 각각에 스크류(36, 38)에 연결한다. 이를 위하여, 두 개의 슬라이드부(14a, 16a)는 너트(141, 161)를 구비한다. 각각의 스크류(36, 38)는 슬라이드부(14a, 16a) 아래의 고정대(40)에 형성된 길다랗게 연장되는 홈(50, 52)내에 위치한다. 각각의 스크류(36, 38)에는 각각의 슬라이드부(14a, 16a)의 너트(141, 161)가 끼워진다. 도6을 참조하면, 상기 스크류와 너트로 이루어지는 직선이송장치는 볼스크류 장치인 것이 바람직하다. 도시하지는 않았지만 상기 각각의 스크류(36, 38)에는 각각의 회전모터가 연결되어 있어 스크류(36, 38)를 각각 회전시킬 수 있다. 상기 스크류(36, 38)의 회전에 의해 각각의 슬라이드부(14a, 16a)가 이동할 수 있다.

결국, 회전모터에 의한 회전운동은 볼스크류 장치에 의해 직선운동으로 변환되어 두 슬라이드부(14a, 16a)의 직선운동을 구현한다. 슬라이드부(14a, 16a)는 고정대(40)와의 원활한 상대직선운동이 이루어지도록 그 접촉부에 리니어 가이드(42)가 설치된다.

상기 실시예에서는 본 발명에 대하여 리니어 모터와, 스크류 이송장치를 구비한 회전모터를 구동기로 사용하는 작업대 이동장치를 설명하였다. 그러나, 실시예로 보여진 두 가지 경우 외에도 다른 구동형태에 의해서도 이동부재의 직선운동을 구현할 수 있다. 구동기로서 회전모터를 사용하는 경우 상기 실시예에서 보여진 볼스크류 이송장치 대신 랙피니언이나 벨트 장치를 이용하여 회전모터와 두 개의 슬라이드부를 연결함으로써 두 이동부재를 직선운동시킬 수 있다. 또한, 구동기로서 유압 또는 공압을 사용하여 직접 두 개의 슬라이드부가 독립적으로 이동하게 함으로써 두 이동부재의 직선운동을 구현할 수 있다.

본 발명의 구성을 따르면, 다음과 같은 효과가 있다. 동일한 하나의 축을 직선운동하는 두 이동부재를 이용하여 2차원 평면이동을 구현할 수 있다. 그에 따른 운동특성을 이용해 중력방향의 가감속 정도를 조절하며 엔코더의 해상도 증폭효과에 의한 리니어 스케일링과 힘의 증폭을 가능하게 한다.

이상 본 발명을 상기 실시예를 들어 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것이 아니다. 당업자라면, 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 수정, 변경을 할 수 있으며 이러한 수정과 변경 또한 본 발명에 속하는 것임을 알 수 있을 것이다.

Claims

제1축의 축선 방향을 따라 일렬로 배치되어 서로 간섭하지 않고 독립적으로 직선운동을 하도록 구동되는 이동부재가 구비된 선형구동장치와,

상기 두 이동부재에 연결되어 있고, 상기 각각의 이동부재에 대하여 상기 제1축에 대하여 사전 설정된 각도를 갖는 직선을 따라 상대운동이 가능한 작업대를 포함함으로써,

상기 두 이동부재의 직선운동에 의해 상대운동을 하는 상기 작업대가 상기 제1축의 축선방향의 운동 및 상기 제1축에 수직인 제2축의 축선운동을 수행할 수 있게 하는 작업대 이동장치.
제1항에 있어서, 상기 두 이동부재와 상기 작업대 사이에는 선형운동 안내장치가 마련된 작업대 이동장치.
제1항에 있어서, 상기 선형구동장치는 두 이동부재를 이동시키기 위하여 리니어 모터를 구비하는 작업대 이동장치.
제1항에 있어서, 상기 선형구동장치는 두 이동부재 각각을 이동시키기 위하여 두 회전모터와 상기 각각의 회전모터와 연결된 두 개의 스크류 이송장치를 구비하는 작업대 이동장치.